JP2015125869A - Alkaline secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニッケル水素二次電池等のアルカリ二次電池に関する。 The present invention relates to an alkaline secondary battery such as a nickel hydride secondary battery.
一般的なニッケル水素二次電池等のアルカリ二次電池は、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された電極体が外装缶に収容され、正極端子に電気的に接続された封口板と電極体の正極板とが正極リード(帯状の金属部材)で接続されている。つまり従来のアルカリ二次電池は、電極体の正極板と正極端子とが正極リードを介して電気的に接続されており、正極リードを通じて充放電が行われる。このような構成の従来のアルカリ二次電池は、その正極リードと封口板との接続部分に生ずる接触抵抗に起因する集電ロスが問題となる。また従来のアルカリ二次電池は、電極体と封口体との間の限られた狭い空間に正極リードを配置しなければならないため、正極リードと封口板との接触面積が構造的に制限されることになる。このようなことから従来のアルカリ二次電池は、充放電電流の大きさに一定の制限が生じてしまい、それによって高容量化が妨げられるという課題が生ずる。 A general alkaline secondary battery such as a nickel metal hydride secondary battery has a sealing plate in which an electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound via a separator is housed in an outer can and is electrically connected to a positive electrode terminal. And the positive electrode plate of the electrode body are connected by a positive electrode lead (strip-shaped metal member). That is, in the conventional alkaline secondary battery, the positive electrode plate of the electrode body and the positive electrode terminal are electrically connected via the positive electrode lead, and charging / discharging is performed through the positive electrode lead. The conventional alkaline secondary battery having such a configuration has a problem of current collection loss due to contact resistance generated at the connecting portion between the positive electrode lead and the sealing plate. In addition, since the conventional alkaline secondary battery has to place the positive electrode lead in a limited narrow space between the electrode body and the sealing body, the contact area between the positive electrode lead and the sealing plate is structurally limited. It will be. For this reason, the conventional alkaline secondary battery has a certain limitation on the magnitude of the charging / discharging current, which raises the problem that high capacity is hindered.
このような課題を解決することを目的とした従来技術の一例として、正極板及び負極板の端面に活物質が充填されていない複数の凸状集電無地部が形成されており、その凸状集電無地部が集電板に抵抗溶接されたアルカリ二次電池が公知である(例えば特許文献1を参照)。このような構成のアルカリ二次電池によれば、より大きな充放電電流を流すことが可能になるので、従来よりも高容量のアルカリ二次電池が可能になる。 As an example of the prior art for solving such a problem, a plurality of convex current collecting plain portions not filled with an active material are formed on the end faces of the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the convex shape An alkaline secondary battery in which a current collecting plain part is resistance-welded to a current collecting plate is known (see, for example, Patent Document 1). According to the alkaline secondary battery having such a configuration, a larger charge / discharge current can be flowed, and thus an alkaline secondary battery having a higher capacity than the conventional one can be obtained.
ところでアルカリ二次電池は、例えば過放電や誤充電等によって内部にガスが異常発生して内圧が上昇する虞があり、また通常の充放電サイクルによって内圧が上昇する場合もある。そのため一般的にアルカリ二次電池には、封口板に形成された通気孔を外装缶の内圧に応じて開閉する弁機構が設けられている。より具体的にはアルカリ二次電池は、外装缶の内圧が一定の弁作動圧に達すると弁機構が開弁し、内部のガスが通気孔を通じて外部に放出され、そのガスの放出により外装缶の内圧が低下すると弁機構が閉弁状態に復帰する。このような弁機構によって、アルカリ二次電池の内圧は一定の圧力以下に維持される。 By the way, in an alkaline secondary battery, there is a possibility that gas may be abnormally generated inside due to, for example, overdischarge or erroneous charging, and the internal pressure may increase, and the internal pressure may increase due to a normal charge / discharge cycle. Therefore, generally, the alkaline secondary battery is provided with a valve mechanism that opens and closes a vent hole formed in the sealing plate according to the internal pressure of the outer can. More specifically, in the alkaline secondary battery, when the internal pressure of the outer can reaches a certain valve operating pressure, the valve mechanism is opened, and the internal gas is released to the outside through the vent hole. When the internal pressure of the valve decreases, the valve mechanism returns to the closed state. By such a valve mechanism, the internal pressure of the alkaline secondary battery is maintained below a certain pressure.
しかしながらアルカリ二次電池は、例えば過放電や誤充電等が生じると、内圧の上昇とともに電極体が発熱する場合がある。この場合、その熱によって電極体の一部(セパレータ等)が溶融し、その溶融物が封口板に形成された通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞が生ずる。そして電極体の一部が溶融して生ずる溶融物は、アルカリ二次電池の容量が高容量であるほど、その量は多くなる。つまりアルカリ二次電池は、高容量化によって、過放電や誤充電等の異常時に溶融物が通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞が高まることになる。 However, in the case of an alkaline secondary battery, for example, when overdischarge or erroneous charging occurs, the electrode body may generate heat as the internal pressure increases. In this case, a part of the electrode body (separator or the like) is melted by the heat, and the melted material may be clogged in a vent hole formed in the sealing plate, and the valve mechanism may not operate normally. The amount of the melt produced by melting a part of the electrode body increases as the capacity of the alkaline secondary battery increases. In other words, due to the increase in capacity of alkaline secondary batteries, there is an increased possibility that the valve mechanism will not operate normally due to clogging of the melt into the vent holes when abnormalities such as overdischarge or erroneous charging occur.
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、過放電や誤充電等の異常時に溶融物が通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞が少ないアルカリ二次電池を提供することにある。 In view of such circumstances, the present invention has been made, and the purpose thereof is an alkaline secondary that is less likely to cause the valve mechanism to not operate normally due to melt being clogged in the vent hole in the event of abnormalities such as overdischarge or erroneous charging. To provide a battery.
<本発明の第1の態様>
本発明の第1の態様は、上端が開口した外装缶と、前記外装缶に収容され、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、前記外装缶の開口を封口する封口板と、前記封口板に電気的に接続された正極端子と、前記封口板に形成された通気孔を前記外装缶の内圧に応じて開閉する弁機構と、を備え、前記電極体は、前記正極板の一部が前記封口板側へ突出してなる円筒形状の正極凸部を含み、前記正極凸部が前記通気孔を囲繞するように前記封口板に当接している、アルカリ二次電池である。
<First Aspect of the Present Invention>
According to a first aspect of the present invention, an outer can whose upper end is open, an electrode body accommodated in the outer can and having a positive electrode plate and a negative electrode plate wound through a separator, and an opening of the outer can are sealed. A sealing plate, a positive electrode terminal electrically connected to the sealing plate, and a valve mechanism that opens and closes a vent formed in the sealing plate according to an internal pressure of the outer can. An alkaline secondary battery in which a part of the positive electrode plate includes a cylindrical positive electrode convex portion protruding to the sealing plate side, and the positive electrode convex portion is in contact with the sealing plate so as to surround the vent hole It is.
電極体は、正極板の一部が封口板側へ突出してなる正極凸部が封口板に当接している。それによって電極体の正極板が封口板に直接接続されることになるので、より大きな充放電電流を流すことが可能になり、高容量のアルカリ二次電池を実現することができる。そして正極凸部は、円筒形状をなしており、通気孔を囲繞するように封口板に当接している。そのため過放電や誤充電等の異常時には、少なくとも正極凸部の外側に発生した溶融物は、その円筒形状の正極凸部によって通気口への進入が妨げられることになる。それによって溶融物が通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞を低減することができる。 In the electrode body, a positive electrode convex portion formed by projecting a part of the positive electrode plate toward the sealing plate is in contact with the sealing plate. As a result, the positive electrode plate of the electrode body is directly connected to the sealing plate, so that a larger charge / discharge current can be passed, and a high-capacity alkaline secondary battery can be realized. The positive electrode convex portion has a cylindrical shape and is in contact with the sealing plate so as to surround the vent hole. Therefore, at the time of abnormality such as overdischarge or erroneous charging, at least the melt generated outside the positive electrode protrusion is prevented from entering the vent by the cylindrical positive electrode protrusion. As a result, it is possible to reduce the possibility that the melt will clog the vent hole and the valve mechanism will not operate normally.
これにより本発明の第1の態様によれば、過放電や誤充電等の異常時に溶融物が通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞が少ないアルカリ二次電池を提供することができるという作用効果が得られる。 As a result, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an alkaline secondary battery in which there is little possibility that the valve mechanism will not operate normally due to the melt being clogged in the vent hole when there is an abnormality such as overdischarge or erroneous charging. The effect that it can be obtained.
<本発明の第2の態様>
本発明の第2の態様は、前述した本発明の第1の態様において、前記正極凸部は、前記正極板の最内周部分に形成されている、アルカリ二次電池である。
本発明の第2の態様によれば、円筒形状の正極凸部の内側に発生する溶融物を最小限にすることができるので、溶融物が通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞をさらに低減することができる。
<Second Aspect of the Present Invention>
A second aspect of the present invention is an alkaline secondary battery according to the first aspect of the present invention described above, wherein the positive electrode convex portion is formed on the innermost peripheral portion of the positive electrode plate.
According to the second aspect of the present invention, since the melt generated inside the cylindrical positive electrode convex portion can be minimized, the melt is clogged in the vent hole and the valve mechanism does not operate normally. The fear can be further reduced.
<本発明の第3の態様>
本発明の第3の態様は、前述した本発明の第1の態様又は第2の態様において、前記正極板は、前記正極凸部以外の部分に活物質が充填されている、アルカリ二次電池である。
正極凸部は、活物質が充填されていないので、外装缶の内部に発生したガスがより通過し易くなる。これにより本発明の第3の態様によれば、外装缶の内部に発生したガスが通気口を通じて外部へ排出される際に、そのガスの排出が正極凸部によって妨げられる虞を低減することができる。
<Third Aspect of the Present Invention>
A third aspect of the present invention is the alkaline secondary battery according to the first aspect or the second aspect of the present invention, wherein the positive electrode plate is filled with an active material in a portion other than the positive electrode convex portion. It is.
Since the positive electrode convex portion is not filled with the active material, the gas generated inside the outer can can more easily pass through. As a result, according to the third aspect of the present invention, when the gas generated inside the outer can is discharged to the outside through the vent, it is possible to reduce the possibility that the discharge of the gas is hindered by the positive electrode protrusion. it can.
本発明によれば、過放電や誤充電等の異常時に溶融物が通気孔に詰まって弁機構が正常に動作しなくなる虞が少ないアルカリ二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an alkaline secondary battery that is less likely to cause the valve mechanism to not operate normally due to the melt being clogged in the vent hole when there is an abnormality such as overdischarge or erroneous charging.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, this invention is not specifically limited to the Example demonstrated below, It cannot be overemphasized that a various deformation | transformation is possible within the range of the invention described in the claim.
<ニッケル水素二次電池の構成>
本発明に係るニッケル水素二次電池1の構成について、図1〜図4を参照しながら説明する。
図1は、ニッケル水素二次電池1の縦断面を図示した平面図である。図2は、電極体20の斜視図である。図3は、正極芯体211の平面図である。図4は、正極板21の平面図である。
<Configuration of nickel metal hydride secondary battery>
The configuration of the nickel metal hydride
FIG. 1 is a plan view illustrating a longitudinal section of a nickel metal hydride
「アルカリ二次電池」の一例である円筒型のニッケル水素二次電池1は、外装缶10、電極体20及び蓋構造体30を備える。外装缶10は、上端が開口した有底円筒形状の部材であり導電性を有している。電極体20は、セパレータ23を介して正極板21と負極板22とを重ねて渦巻き状に巻くことによって略円筒状に構成されている。蓋構造体30は、外装缶10の開口を封止する構造体である。ニッケル水素二次電池1は、外装缶10に電極体20が収容され、さらにアルカリ電解液(図示せず)が充填され、外装缶10の開口が蓋構造体30に閉塞されて構成されている。
A cylindrical nickel-hydrogen
正極板21は、例えば非焼結式ニッケル極であり、正極芯体211と正極芯体211に保持された「活物質」としての正極合剤212とからなる。正極芯体211は、例えば耐アルカリ性を有する金属材料からなり、金属繊維によって構成されたフェルト状の3次元の網目構造を有する。耐アルカリ性を有する金属材料としては、例えばニッケルを用いることができる。正極合剤212は、正極活物質粒子、正極板21の特性を改善するための種々の添加剤粒子、これら正極活物質粒子及び添加剤粒子の混合粒子を正極芯体211に結着するための結着剤からなる。
The
正極活物質粒子は水酸化ニッケル粒子である。水酸化ニッケル粒子は、ニッケルの平均価数が2よりも大の高次水酸化ニッケル粒子であってもよい。また水酸化ニッケル粒子は、コバルト、亜鉛、カドミウム等を固溶していてもよく、あるいはコバルト化合物で表面が被覆されていてもよい。添加剤は、酸化イットリウムの他に、酸化コバルト、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物、酸化エルビウム等の希土類化合物等を用いることができる。結着剤は、親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。より具体的には結着剤は、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)のうちから選択される1種以上を使用することができる。結着剤は、例えば正極活物質粒子100質量部に対して0.1質量部以上0.5質量部以下となるようにすればよい。 The positive electrode active material particles are nickel hydroxide particles. The nickel hydroxide particles may be higher-order nickel hydroxide particles having an average nickel valence of greater than 2. Further, the nickel hydroxide particles may be solid-solved with cobalt, zinc, cadmium or the like, or the surface may be coated with a cobalt compound. As the additive, in addition to yttrium oxide, cobalt compounds such as cobalt oxide, metal cobalt, and cobalt hydroxide, zinc compounds such as metal zinc, zinc oxide, and zinc hydroxide, rare earth compounds such as erbium oxide, and the like can be used. . As the binder, a hydrophilic or hydrophobic polymer or the like can be used. More specifically, the binder may be at least one selected from hydroxypropyl cellulose (HPC), carboxymethyl cellulose (CMC), and sodium polyacrylate (SPA). For example, the binder may be 0.1 parts by mass or more and 0.5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material particles.
負極板22は、ニッケル水素二次電池1の負極端子をなす外装缶10の内周面に接した状態で、その外装缶10と電気的に接続されている。負極板22は、帯状をなす導電性の負極芯体(図示せず)に負極合剤が保持されて形成されている。負極芯体は、複数の貫通孔を有するシート状の金属材からなり、例えばパンチングメタル、金属粉末焼結体基板、エキスパンデッドメタル、ニッケルネット等を用いることができる。特にパンチングメタルや金属粉末を成型してから焼結した金属粉末焼結体基板は負極芯体に好適である。
The
負極合剤は、水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子と結着剤とからなる。水素吸蔵合金粒子は、電池の充電時にアルカリ電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよい。このような水素吸蔵合金としては、特に限定されないが、例えばLaNi5やMmNi5(Mmはミッシュメタル)等のAB5型系のものを用いることができる。また負極合剤は、水素吸蔵合金に代えて、例えばカドミウム化合物を用いることもできる。結着剤は、例えば親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。 The negative electrode mixture is composed of hydrogen storage alloy particles capable of occluding and releasing hydrogen and a binder. The hydrogen storage alloy particles may be any particles as long as they can store hydrogen generated electrochemically in an alkaline electrolyte during battery charging and can easily release the stored hydrogen during discharge. Such a hydrogen storage alloy is not particularly limited. For example, an AB 5 type alloy such as LaNi 5 or MmNi 5 (Mm is a misch metal) can be used. Further, the negative electrode mixture may be a cadmium compound, for example, instead of the hydrogen storage alloy. As the binder, for example, a hydrophilic or hydrophobic polymer can be used.
セパレータ23は、例えばポリアミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを材料として用いることができる。
As the
蓋構造体30は、封口板31、絶縁ガスケット32、弁体33及び正極端子34を含む。
The
封口板31は、外装缶10の開口を封口する部材であり、略円形をなし、中央に「通気孔」としての円形のガス抜き孔311が設けられている。封口板31は、絶縁ガスケット32が介装された状態で、外装缶10の開口縁をかしめ加工することによって外装缶10に固定されている。
The sealing
弁体33は、ゴム等の弾性を有する材料で形成された部材であり、ガス抜き孔311を塞ぐように封口板31に当接した状態で、封口板31と正極端子34との間に縮設されている。弁体33は、封口板31に形成されたガス抜き孔311を外装缶10の内圧に応じて開閉する「弁機構」として機能する。より具体的には弁体33は、外装缶10の内圧が一定の弁作動圧に達すると弾性変形し、それによってガス抜き孔311が開き、外装缶10の内部のガスがガス抜き孔311を通じて放出される。そして弁体33は、そのガスの放出により外装缶10の内圧が低下すると元の形状に復帰し、それによってガス抜き孔311が閉じた状態になる。このような弁機構によって、外装缶10の内圧は一定の圧力以下に維持される。
The valve body 33 is a member formed of a material having elasticity such as rubber, and is compressed between the sealing
正極端子34は、封口板31に電気的に接続されている。より具体的には正極端子34は、フランジ付きの円筒形状をなし、弁体33を覆うように封口板31に固定されている。また正極端子34は、封口板31のガス抜き孔311を通じて放出されたガスを外部へ排出する排気孔341が形成されている。
The
<電極体20の構成>
電極体20の構成について、引き続き図1〜図4を参照しながら、より具体的に説明する。
<Configuration of
The configuration of the
電極体20は、正極板21の一部が封口板31側へ突出してなる正極凸部213を含む(図2)。正極凸部213は、封口板31のガス抜き孔311より大きい直径の円筒形状であり、封口板31のガス抜き孔311を囲繞するように封口板31に当接している(図1)。
The
このような正極凸部213を設けたニッケル水素二次電池1は、正極凸部213が封口板31に当接している。つまりニッケル水素二次電池1は、電極体20の正極板21が封口板31に直接接続されているので、より大きな充放電電流を流すことが可能になる。それによって高容量のニッケル水素二次電池1を実現することができる。また従来のように抵抗溶接等をする必要がないので、ニッケル水素二次電池1の製造工程を簡素化することができる。
In the nickel metal hydride
そして正極凸部213は、封口板31のガス抜き孔311を囲繞するように封口板31に当接している。そのためニッケル水素二次電池1の過放電や誤充電等の異常時には、少なくとも正極凸部213の外側に発生した溶融物は、その円筒形状の正極凸部213によってガス抜き孔311への進入が妨げられることになる。他方、正極凸部213を構成する正極芯体211は、金属繊維によって構成されたフェルト状の3次元の網目構造であることから、外装缶10の内部に発生したガスは、正極凸部213を通過し、ガス抜き孔311を通じて外部へ排出されることになる。このようにしてニッケル水素二次電池1の過放電や誤充電等の異常時に、溶融物がガス抜き孔311に詰まって弁体33が正常に動作しなくなる虞を低減することができる。
The positive electrode
本発明において正極凸部213は、正極板21の最内周部分に形成されているのが好ましい。それによって円筒形状の正極凸部213の内側に発生する溶融物を最小限にすることができるので、溶融物がガス抜き孔311に詰まって弁体33が正常に動作しなくなる虞をさらに低減することができる。また本発明において正極凸部213は、正極凸部213以外の部分に活物質が充填されているのが好ましい。つまり正極板21の正極凸部213が形成された部分は、活物質が充填されていないのが好ましい。それによって正極凸部213は、外装缶10の内部に発生したガスがより通過し易くなるので、外装缶10の内部に発生したガスがガス抜き孔311を通じて外部へ排出される際に、そのガスの排出が正極凸部213によって妨げられる虞を低減することができる。
In the present invention, the positive electrode
電極体20の正極凸部213は、ニッケル水素二次電池1の製造工程において、蓋構造体30を支持することに利用することもできる。より具体的にはニッケル水素二次電池1の製造工程において、電極体20の正極凸部213を封口板31に当接させてその正極凸部213で蓋構造体30を支持し、その状態で外装缶10の開口縁をかしめ加工することができる。それによって電極体20の正極凸部213が封口板31に当接した状態で蓋構造体30を外装缶10に固定することができる。
The positive electrode
上記説明したような正極凸部213を含む電極体20は、例えば以下のようにして製造することができる。
The
まず正極凸部213となる凸部が巻き始め側214に形成された正極芯体211を製造する(図3)。この正極凸部213となる凸部の幅は、巻回して電極体20を構成したときに、その凸部の両側端が僅かに重なりあって、封口板31のガス抜き孔311を囲繞する円筒形状の正極凸部213が構成されるような幅とするのが好ましい。また正極凸部213となる凸部の高さは、ニッケル水素二次電池1を構成したときに、正極凸部213の上端が封口板31に当接する高さとすればよい。また正極板21の正極芯体211は、前述したように金属繊維によって構成されたフェルト状の3次元の網目構造であることから、伸縮性を有している。したがって正極凸部213となる凸部の高さを若干長めに設定すれば、正極凸部213が封口板31に押圧された状態となり、封口板31に対する正極凸部213の接触面積がより大きくなるので好ましい。
First, the positive
つづいて正極芯体211の正極凸部213となる凸部以外の部分の両面に正極合剤212を塗工する(図4)。そして前述したように、セパレータ23を介して正極板21と負極板22とを重ねて渦巻き状に巻く。このようにして正極板21の一部が封口板31側へ突出してなる円筒形状の正極凸部213を含む電極体20を構成することができる。
Subsequently, the
1 ニッケル水素二次電池
10 外装缶
20 電極体
21 正極板
22 負極板
23 セパレータ
30 蓋構造体
31 封口板
32 絶縁ガスケット
33 弁体
34 正極端子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記外装缶に収容され、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、
前記外装缶の開口を封口する封口板と、
前記封口板に電気的に接続された正極端子と、
前記封口板に形成された通気孔を前記外装缶の内圧に応じて開閉する弁機構と、を備え、
前記電極体は、前記正極板の一部が前記封口板側へ突出してなる円筒形状の正極凸部を含み、前記正極凸部が前記通気孔を囲繞するように前記封口板に当接している、アルカリ二次電池。 An outer can with an open top;
An electrode body housed in the outer can, and a positive electrode plate and a negative electrode plate wound around a separator;
A sealing plate for sealing the opening of the outer can;
A positive terminal electrically connected to the sealing plate;
A valve mechanism for opening and closing the vent hole formed in the sealing plate according to the internal pressure of the outer can,
The electrode body includes a cylindrical positive electrode convex portion in which a part of the positive electrode plate protrudes toward the sealing plate, and the positive electrode convex portion is in contact with the sealing plate so as to surround the vent hole. Alkaline secondary battery.
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- 2013-12-26 JP JP2013269010A patent/JP2015125869A/en active Pending
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